高压冷冻水机组和低压变频冷冻水机组供电方案的比较

丁 晨

（江苏省广电有线信息网络股份有限公司,南京 210000）

本数据中心为一栋独立的数据中心楼，一期空调方案设计初步确定采用3台制冷量为1100kW和1台600kW的冷冻水机组，根据各主流厂家的技术参数，1100kW冷量的机组既可以采用10kV供电也可以采用0.4kV供电，高低压供电方式对机组没有影响，机组尺寸也相同，不同的是10kV冷冻水机组现阶段变频技术不成熟，国内基本没有应用，只能采用定频机组；而低压冷冻水机组可以采用变频技术，且技术成熟，应用也比较广泛，对于本数据中心投入初期及过渡期负荷达不到设计负荷的工况下，采用变频机组可以做到更加有效的节能。

现就上述两种空调配置方案给出对应的供电方案，并做相应的比较分析。

1 高压冷冻水机组供电方案

根据供电设计方案，考虑由四段10kV母线每段馈出1路10kV出线供给4台10kV机组，即10kV开闭所设置4台10kV中置柜，负一层冷冻水机组旁的配电室增设4台就地无功补偿柜和4台启动柜，电机启动方式可采用电抗器，自耦降压或软启动方式，采用电缆馈线方式。主接线见下图1。

图1所示的供电方案主要有以下问题：（1）当前一些厂家在600kW制冷量机组的配置上，并没有相应的10kV电机配置。因此，决定了该供电方案只能满足于低压供电方式；（2）从图1可以看出，该供电方案由于功率较大、设备较多，而且线路复杂、连接点多。因此，在实际的供电过程中，必然存在着能耗较高和维护困难的问题。

2 低压变频冷冻水机组供电方案

10kV开闭所两段10kV母线上各馈出一路10kV回路引至冷冻水机组旁变配电间，变配电间需增设10kV环网柜2台，变压器2台（2500kVA），低压总柜和母联共3台，无功补偿柜2台，低压馈线柜4台。另考虑冷冻水机组均采用机载变频，要求机载变频需内部带低压旁路开关，变频器故障时，可切换至旁路开关启动冷冻水机组。图2为采用低压变频冷冻水机组方案的主接线。

图2所示的供电方案主要有以下问题：（1）该方案相比图1来说，问题主要在于变压器的负荷上。众所周知，变压器的负荷对于空调系统来说十分重要。从图2中可以看出，该方案负一楼变压器的负荷分配不恰当，从某种意义上说，甚至有一些多余。因为对于负一楼的空调设备来说，想要实现节能减排，就要尽可能统一考虑各个设备的供电负荷。笔者建议，在图2所示供电方案的基础之上，可以将冷冻水机组自身负荷与包括水泵、冷却塔在内的空调系统设备进行统筹兼顾。只需要安排一套变压器设备对其进行供电即可；（2）由于增加了一套变压器设备，所以整个空调系统的能耗必然会有很大的增加。不符合节能减排和经济节约的要求。

图1

图2

根据上述比较分析及主流厂家询价，高压机组价格和低压变频机组价格相当，需综合比较高压无功补偿及启动柜与低压机组的变配电系统的初始投资。采用低压变频机组的初始投资若大于高压机组，需考虑在一期初期及过渡期负荷较少的工况下，若采用变频机组节省的电费在几年内能收回前期的投资，这是目前我们需着重关注的问题。

3 对高压定频和低压变频机的比较

某厂家对1100RT高低压定频和变频的比较，看下面的数据：

从以上数据图可以看出：（1）变频机组的COP要明显高于定频机组；（2）当变频机组的负载为50%时，其COP要大于12；当变频机组的负载为80%时，其COP与定频机组基本相同；（3）两种机组各具优势。如果负载小于50%，那么采用变频机组要比采用定频机组更具优势；相反，如果负载大于50%，则采用定频机组更为合适；（4）相比定频机组，如果想要取得更好的工作效率，那么采用变频机组时，其机组的负载不能大于60%。如果每一台变频机组的负载都小于60%，那么想要达到空调系统的效果，就必须增加变频机组的数量。这样算来，多台变频机组的能耗可能还要比定频机组的能耗更大。

4 对低压变频机组的系统中还需要考虑以下的不利因数

（1）变频器谐波的危害，变频器谐波降低电力设备使用寿命；变频器谐波影响各电器元件正常工作；另外加上谐波对电网的干扰，因此电力部门需要增加谐波抑制设备。一方面，增加谐波抑制设备，无疑会提高整个空调系统的造价。另一方面，谐波抑制设备自身也需要供电支持，同样会增加整个系统的能耗。

（2）变频器是一个电子的设备，故障率高于定频机，增加后期的维护成本。虽然变频器的相关技术已经较为成熟，但是相比定频机来说，还是存在着一些不稳定性。

（3）当满载负载时，变频比定频耗能。机组全速运转的耗能+变频器自身的耗能，通常情况下，都会大于采用定频机的耗能。

（4）需要增加变压器，需要增大电缆的线径。

（5）需要考虑到变频器的耗能、变压器的损耗的耗能，这两者的耗能应在十～几十千瓦，多台机组一年的耗电也是相当可观的。

5 结束语

总而言之，无论是哪种供电方案，都有其自身的优势与不足。因此，在实际的空调方案设计中，要做到具体问题具体分析，不拘泥于书面理论。结合空调系统自身的特点，选择既安全、高效，又经济、节能的冷冻水机组供电方案。与此同时，要深入分析高压冷冻水机组和低压变频冷冻机组各自的适应条件。因为无论哪种供电方案，最终目的都是在满足空调系统运行需求的基础之上，做到最大限度的节能环保。希望通过本文的分析，能够更好地促进数据中心空调系统设计水平的提升，为建设经济节约型、环境友好型数据中心作出贡献。